Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Künstlicher Knochen aus dem Computer

17.03.2006


Wie leicht darf ein Leichtbauteil sein? Wie groß dürfen die Poren werden, ohne dass die Stabilität leidet? Ein neues Simulationsprogramm kann die innere Struktur eines Bauteils berechnen. Auf der Hannover Messe, Halle 16 Stand D16, wird es vorgestellt.


Der Knochen und seine Computersimulation. Die Farben symbolisieren unterschiedliche Dichte. © Fraunhofer IFAM



Das Vorbild stammt aus der Natur: Knochen sind Meisterwerke des Leichtbaus, die höchsten Beanspruchungen standhalten. Unter der harten äußeren Schicht haben sie eine poröse Struktur. Die Löcher dieses "Schwamms" sind im Knochen nicht überall gleich groß: Flächig belastete Teile wie der Oberschenkelkopf weisen größere Poren auf als solche, die nur Kräfte in einer Richtung aushalten müssen, wie etwa der schlanke Mittelbereich des Oberschenkelknochens.

... mehr zu:
»Bauteil »Knochen »Leichtbau »Poren »Schicht


"Inzwischen können wir am Computer simulieren, welche innere Struktur ein Bauteil haben muss, damit es für eine bestimmte Anwendung optimal ausgelegt ist", berichtet Andreas Burblies vom Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM. Dazu wird das Werkstück - natürlich nur rechnerisch - in sehr kleine Würfelchen zerlegt. Für jedes einzelne dieser Elemente kann dann beispielsweise die erforderliche Festigkeit errechnet werden, wenn die äußeren Kräfte bekannt sind, die auf das Bauteil wirken. Die Bremer Forscher wenden dieses Verfahren der "Finiten Elemente" jetzt auch auf die porösen Materialien des Leichtbaus an. Zum Beispiel auf die Metallschäume, die im Automobilbau eingesetzt werden. Sie können damit herausfinden, wo die Poren klein sein müssen und wo größere Löcher ausreichen.

Bisher war es allerdings nicht möglich, solche Bauteile gezielt zu fertigen. Denn Metallschäume werden so ähnlich hergestellt wie Kuchen: aus Metallpulver und Treibmittel, das beim "Backen" - also beim Schmelzen des Metalls - ein Gas freisetzt. Dichteunterschiede lassen sich dabei nicht erzeugen. Die Bremer Forscher setzen deshalb auf Rapid Prototyping: Ein Laserstrahl schmilzt das Metallpulver nur dort auf, wo später die Stege der Poren sein sollen. Übriggebliebenes Pulver wird anschließend entfernt. Schicht um Schicht entsteht ein offen-poriges Material, das an jeder Stelle genau die gewünschte Dichte aufweist. "Wir können Bauteile herstellen, die höchste Anforderungen bei geringstem Gewicht erfüllen", freut sich Andreas Burblies.

Dafür interessieren sich zum Beispiel die Hersteller von Knochenimplantaten. Diese werden heute zwar auf den Millimeter passgenau gefertigt, doch sie bestehen aus massivem Titan. Implantate könnten den Belastungen noch länger standhalten, wenn sie auch die innere Struktur ihres natürlichen Vorbilds nachahmen - das hoffen Hersteller, Ärzte und Patienten.

Andreas Burblies | Fraunhofer-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.ifam.fraunhofer.de

Weitere Berichte zu: Bauteil Knochen Leichtbau Poren Schicht

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Weltrekord: Jülicher Forscher simulieren Quantencomputer mit 46 Qubits
15.12.2017 | Forschungszentrum Jülich GmbH

nachricht Neues Epidemie-Management-System bekämpft Affenpocken-Ausbruch in Nigeria
15.12.2017 | Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Immunsystem - Blutplättchen können mehr als bislang bekannt

LMU-Mediziner zeigen eine wichtige Funktion von Blutplättchen auf: Sie bewegen sich aktiv und interagieren mit Erregern.

Die aktive Rolle von Blutplättchen bei der Immunabwehr wurde bislang unterschätzt: Sie übernehmen mehr Funktionen als bekannt war. Das zeigt eine Studie von...

Im Focus: First-of-its-kind chemical oscillator offers new level of molecular control

DNA molecules that follow specific instructions could offer more precise molecular control of synthetic chemical systems, a discovery that opens the door for engineers to create molecular machines with new and complex behaviors.

Researchers have created chemical amplifiers and a chemical oscillator using a systematic method that has the potential to embed sophisticated circuit...

Im Focus: Nanostrukturen steuern Wärmetransport: Bayreuther Forscher entdecken Verfahren zur Wärmeregulierung

Der Forschergruppe von Prof. Dr. Markus Retsch an der Universität Bayreuth ist es erstmals gelungen, die von der Temperatur abhängige Wärmeleitfähigkeit mit Hilfe von polymeren Materialien präzise zu steuern. In der Zeitschrift Science Advances werden diese fortschrittlichen, zunächst für Laboruntersuchungen hergestellten Funktionsmaterialien beschrieben. Die hiermit gewonnenen Erkenntnisse sind von großer Relevanz für die Entwicklung neuer Konzepte zur Wärmedämmung.

Von Schmetterlingsflügeln zu neuen Funktionsmaterialien

Im Focus: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite...

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Call for Contributions: Tagung „Lehren und Lernen mit digitalen Medien“

15.12.2017 | Veranstaltungen

Die Stadt der Zukunft nachhaltig(er) gestalten: inter 3 stellt Projekte auf Konferenz vor

15.12.2017 | Veranstaltungen

Mit allen Sinnen! - Sensoren im Automobil

14.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Weltrekord: Jülicher Forscher simulieren Quantencomputer mit 46 Qubits

15.12.2017 | Informationstechnologie

Wackelpudding mit Gedächtnis – Verlaufsvorhersage für handelsübliche Lacke

15.12.2017 | Verfahrenstechnologie

Forscher vereinfachen Installation und Programmierung von Robotersystemen

15.12.2017 | Energie und Elektrotechnik